JP4310408B2 - マイクロ流体素子を用いた分析装置及びマイクロ流体素子を用いた分析方法。 - Google Patents
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このため、これらの測定を従来より安価、迅速、高感度に行うために、また、分析サンプルや試薬の量を大幅に低減するために、μ−TAS(マイクロ/微細トータル分析システム)を用いることが検討され、このμ−TASを実現するためのマイクロ流体素子が従来より提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
このため、従来のマイクロ流体素子900によれば、第1の流体供給流路902及び第2の流体供給流路903,904の流量を制御することによって、第1の流体909に含有される粒子912,913を1個ずつ主流路の断面を通過させることができ、フローサイトメトリーに好適に用いることができる。
また、従来のマイクロ流体素子900によれば、主流路905の一方の側面に磁石908を配置することにより、粒子912,913のうち磁性染色された粒子912と磁性染色されていない粒子913とを分離することができ、これらの粒子912,913をその後の種々の分析に好適に用いることができるようになる。
また、第1の流体や第2の流体を主流路に供給するための複雑な駆動機構を必要としないマイクロ流体素子を提供することを第2の目的とする。
また、流体回路として、重力を用いて第1の流体及び第2の流体を主流路に供給する流体回路を用いたため、第1の流体や第2の流体を主流路に供給するための複雑な駆動機構を不要にできることを見出し、本発明の第2の目的が達成されるに至った。
また、本発明のマイクロ流体素子によれば、流体回路として、重力を用いて第1の流体及び第2の流体を主流路に供給する流体回路を用いたため、第1の流体や第2の流体を主流路に供給するための複雑な駆動機構を不要にすることができ、本発明の第2の目的が達成される。
一方、第1の流体を第1の流体供給流路から絞られた状態で主流路に供給するために、第1の流体溜と第2の流体溜との容量差を用いる場合には、第2の流体溜の容量を第1の流体溜の容量よりも大きくすることが好ましい。これによって、より多量の第2の流体が主流路に供給されるようになるため、第1の流体を第1の流体供給流路からさらに細く絞られた状態で主流路に供給することができるようになる。
一方、第1の流体を第1の流体供給流路から絞られた状態で主流路に供給するために、第1の流体溜と第2の流体溜との容量差を用いる場合には、第2のキャピラリの容量を第1のキャピラリの容量よりも大きくすることが好ましい。これによって、より多量の第2の流体が主流路に供給されるようになるため、第1の流体を第1の流体供給流路からさらに細く絞られた状態で主流路に供給することができるようになる。
このように構成することにより、主流路において第1の流体をさらに細く絞ることが容易になるため、第1の流体に含まれる粒子は主流路中でさらに分散され易くなる。このため、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることがさらに容易になる。
このように構成することにより、より多量の第2の流体が主流路に供給されることにより、主流路において第1の流体をさらに細く絞ることが容易になるため、第1の流体に含まれる粒子は主流路中でさらに分散され易くなる。このため、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることがさらに容易になる。
このように構成することにより、第1の流体は、第1の流体供給流路の両側面側から主流路に供給される2本の第2の流体の流れに挟まれて効率よく細く絞られることとなるため、第1の流体に含まれる粒子がさらに分散され易くなる。このため、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることがさらに容易になる。
このように構成することにより、2本の第3の流体供給流路から供給される第2の流体の流れによって、第1の流体に含まれる粒子がさらに分散され易くなる。このため、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合に、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることがさらに容易になる。
このため、本発明のマイクロ流体素子によれば、第1の流体供給流路として、主流路の断面積よりも小さい断面積を有する流体供給流路を用いることとしたため、第1の流体に含有される粒子は主流路中で分散され易くなる。その結果、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることが容易になり、本発明の第1の目的が達成される。
このように構成することにより、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることがさらに容易になる。
この観点からいえば、第1の流体供給流路は、主流路の断面積の1/3以下の断面積を有することがより好ましい。
このように構成することにより、第1の流体や第2の流体を移動させるための複雑な駆動機構を不要にすることができ、本発明の第2の目的が達成される。
このように構成することによっても、第1の流体や第2の流体を移動させるための複雑な駆動機構を不要にすることができ、本発明の第2の目的が達成される。
この場合、加圧手段としては、加圧により第2の流体溜の容積を減少させるように構成された加圧手段を好適に用いることができる。
このように構成することにより、主流路から流体が円滑に排出され、主流路中における流体の円滑な流れを形成することができる。
このように構成することにより、第1の流体供給流路に第1の流体を供給することにより、すぐに第1の流体に含まれる粒子の分析を始めることができる。また、流体回路中に入り込んで欲しくない気泡の入り込みを極力排除することができる。
このように構成することにより、種々の用途に用いられるμ−TASを好適に実現することができる。
このように構成することにより、第1の流体は、第1の流体供給流路の周囲から主流路に供給される第2の流体の流れに挟まれて効率よく細く絞られることとなるため、第1の流体に含まれる粒子がさらに分散され易くなる。このため、上記(4)又は(5)に記載のマイクロ流体素子の場合と同様に、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることがさらに容易になる。
このような方法とすることにより、血液中に含まれる粒子(例えば、赤血球、白血球、血小板、CD4陽性Tリンパ球など。)や液体に含まれる細胞の数や各種パラメータ(例えば、形状、大きさ、変形能、色、吸収スペクトル、蛍光スペクトル、磁性など。)についての分析を従来より安価、迅速、高感度に、かつ、分析サンプルや試薬の量を従来より大幅に低減した状態で行うことが可能になる。
このような方法とすることにより、第1の流体に含まれる粒子に与える影響を極力少なくすることができる。
このような方法とすることにより、第1の流体供給流路における第1の供給口、第2の流体供給流路における第2の供給口及び主流路における流体の排出口を、比較的簡単な方法で製造することができる。
この場合、裏面層として、有機樹脂を用いることによって、第1の供給口、第2の供給口及び排出口にマイクロシリンジを刺し入れたりキャピラリを挿入したりすることが容易にできるようになり、第1の流体及び第2の流体の供給並びに流体の排出を円滑に行うことが可能になる。
このような方法とすることにより、マイクロ流体素子の使用状態において、第2の供給口に充填されている第2の流体を適宜第1の流体に置き換えるとともに、第1の供給口、第2の供給口及び流体の排出口の開口部を塞いでいるテープ部材に空気孔を開けることにより、マイクロ流体素子における良好な流体の流れを実現することができるため、臨床検査現場でマイクロ流体素子を容易に使用することができるようになる。
図1は、実施形態1に係るマイクロ流体素子を説明するために示す図である。図1(a)は実施形態1に係るマイクロ流体素子を模式的に示す斜視図であり、図1(b)は実施形態1に係るマイクロ流体素子を模式的に示す平面図であり、図1(c)は図1(b)のA−A断面における断面図である。
図2は、実施形態1に係るマイクロ流体素子を説明するために示す図である。図2(a)は実施形態1に係るマイクロ流体素子における流体回路部分の平面図であり、図2(b)は図2(a)のB1−B1断面における断面図である。
また、流体回路100は、使用方法2においては、図1(a)及び図3(b)に示すように、第1の流体供給流路104に第1の供給口108を介して第1のキャピラリ116を接続し、第2の流体供給流路106,106に第2の供給口110,110を介して第2のキャピラリ118,118を接続することによって第1の流体溜及び第2の流体溜を形成し、第1のキャピラリ116における流体面と第2のキャピラリ118,118における流体面との高低差を用いて、第1の流体を第1の流体供給流路104から絞られた状態で主流路102に供給することとしている。
また、実施形態1に係るマイクロ流体素子10によれば、流体回路として、重力を用いて第1の流体及び第2の流体を主流路102に供給する流体回路100を用いているため、第1の流体や第2の流体を主流路102に供給するための複雑な駆動機構を不要にすることができる。
従って、実施形態1に係るマイクロ流体素子10においては、このマイクロ流体素子10を傾けて配置したり垂直に立てて配置(図3(a)参照、)したりすることによって、第1の流体溜としての第1の供給口108や第2の流体溜としての第2の供給口110,110を主流路102よりも高い位置に配置することとしている。このため、第1の流体や第2の流体は重力によって主流路102に供給されるようになる。
第1の流体供給流路104に第1の供給口108を介して第1のキャピラリ116を接続し、第2の流体供給流路106,106に第2の供給口110,110を介して第2のキャピラリ118,118を接続することによって第1の流体溜及び第2の流体溜を形成し、第1のキャピラリ116の流体面及び第2のキャピラリ118,118の流体面を主流路102よりも高い位置に配置することとしている。このため、第1の流体や第2の流体は重力によって主流路102に供給されるようになる。
このため、実施形態1に係るマイクロ流体素子10によれば、第1の流体や第2の流体を移動させるための複雑な駆動機構を不要にすることができる。
また、図3(a)に示すように、マイクロ流体素子10の使用前には、第1の供給口108、第2の供給口110,110及び排出口112にはテープ部材114を貼り付けておき、マイクロ流体素子10を使用する際には、これらのテープ部材114を剥がしたり、これらのテープ部材114にニードルNで孔を開けたりすることも好ましい。これにより、第1の供給口108や第2の供給口110,110にマイクロシリンジを用いて第1の流体や第2の流体を容易に供給することができるようになる。また、主流路102から流体を円滑に排出させることができるようになり、主流路102中における流体の円滑な流れを形成することができるようになる。
なお、実施形態1に係るマイクロ流体素子10においては、主流路102からの流体を吸引する手段(例えばマイクロシリンジなど)を設けたり、排出口の容量を大きくして流体のリザーバとしたりすることも好ましい。これによっても、主流路102から流体が円滑に排出され、主流路102中における流体の円滑な流れを形成することができる。
また、図3(b)において、第1のキャピラリ116及び第2のキャピラリ118として、柔軟性のあるキャピラリを用いることもできる。
第1の流体供給流路104と主流路102とは直線状に配置されている。2本の第2の流体供給流路106,106は、主流路102に対してそれぞれが45度の角度(±45度)で連通している。
この流体の排出口112は、320μmの深さ及び600μmの直径を有している。また、上記した第1の供給口108は、320μmの深さ及び600μmの直径を有しており、上記した第2の供給口110,110は、320μmの深さ及び600μmの直径を有している。
実施形態1に係るマイクロ流体素子10においては、図4(a)〜図4(d)に示すように、第1の流体供給流路104は、主流路102の断面積(6750平方マイクロメートル)よりも小さい断面積(2250平方マイクロメートル(主流路102の断面積の1/3である。))を有する。
このため、より多量の第2の流体が主流路102に供給されることにより、主流路102において第1の流体をさらに細く絞ることが容易になるため、第1の流体に含まれる粒子は主流路102中でさらに分散され易くなる。その結果、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路102の断面を通過させることがさらに容易になる。
このため、第1の流体は、第1の流体供給流路104の両側面側から主流路102に供給される2本の第2の流体の流れに挟まれて効率よく細く絞られることとなるため、第1の流体に含まれる粒子がさらに分散され易くなる。その結果、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路102の断面を通過させることがさらに容易になる。
実施形態1に係るマイクロ流体素子10においては、第2の流体の流量をさらに大きくする(又は第1の流体の流量をさらに少なくする)ことによって、主流路102中における第1の流体の流れをさらに細く絞られた流れとすることができる。この場合、図5(c)に示すように、赤血球が1個ずつ主流路102の断面を通過するような流れにすることも容易である。
すなわち、第1の流体供給流路104に接続される第1のキャピラリ116の高さに比べて第2の流体供給流路106,106に接続される第2のキャピラリ1118,118の高さを高くすれば高くするほど、血液の流速を速くして血液の流れ幅を狭くすることができる。
なお、実施形態1に係るマイクロ流体素子10においては、第1の流体供給流路104に接続される第1のキャピラリ116の高さを変化させることによっても、血液の流速や血液の流れ幅を制御することができる。
このため、実施形態1に係るマイクロ流体素子10によれば、第1の流体供給流路104に第1の流体を供給することにより、すぐに第1の流体に含まれる粒子の分析を始めることができる。また、流体回路100中に入り込んで欲しくない気泡の流体回路中への入り込みを極力排除することができる。
このような方法とすることにより、血液中に含まれる粒子(例えば、赤血球、白血球、血小板、CD4陽性Tリンパ球など。)や液体中に含まれる細胞の数や各種パラメータ(例えば、形状、大きさ、変形能、色、吸収スペクトル、蛍光スペクトル、磁性など。)についての分析を、従来より安価、迅速、高感度に、かつ、極めて少ない分析サンプルや試薬を用いて行うことが可能になる。
このような方法とすることにより、第1の流体(血液、血液を含む液体又は細胞を含む液体)に与える影響を極力少なくすることができる。
なお、実施形態1に係るマイクロ流体素子の製造方法においては、流体回路形成層30を形成する工程において、レーザ加工装置(Exitech社製 PS2000(発振機はLAMBDA
PHYSIK社製 LPX200i-AK)Lを用いて波長248nmのパルスを繰り返し照射することにより、樹脂層30aに流体回路100に対応する溝を形成している(例えば、特開2002−283293号公報参照。)。
このため、実施形態1に係るマイクロ流体素子の製造方法によれば、第1の流体供給流路104における第1の供給口108、第2の流体供給流路106,106における第2の供給口110,110及び主流路102における流体の排出口112を比較的簡単な方法で製造することができる。
このような方法とすることにより、このマイクロ流体素子の使用状態において、第2の供給口110,110に充填されている第2の流体を適宜第1の流体に置き換えるとともに、第1の供給口108、第2の供給口110,110及び流体の排出口112の開口部を塞いでいるテープ部材114の一部に空気孔を開けることにより、このマイクロ流体素子における良好な流体の流れを実現することができる。このため、臨床検査現場でこのマイクロ流体素子をさらに容易に使用することができるようになる。
図10は、実施形態2に係るマイクロ流体素子を説明するために示す図である。図10(a)は、実施形態2に係るマイクロ流体素子を説明するために示す図であり、図10(b)は、実施形態2の変形例に係るマイクロ流体素子を説明するために示す図である。
これによっても、第1の流体に含まれる粒子は主流路中で分散され易くなるため、第1の流体として多量の粒子を含む流体を用いた場合にも、第1の流体に含有される粒子を1個ずつ主流路の断面を通過させることが容易になる。
Claims (14)
- マイクロ流体素子を用いた分析装置であって、
前記マイクロ流体素子は、
主流路と、
この主流路に第1の流体供給流路を介して連通し、重力を用いて前記主流路に第1の流体を供給するための第1の流体溜と、
前記主流路に第2の流体供給流路を介して連通し、重力を用いて前記主流路に第2の流体を供給するための第2の流体溜とを含む流体回路を有するマイクロ流体素子であって、
前記流体回路は、使用状態において前記第2の流体溜が前記第1の流体溜よりも高い位置に配置されるように又は前記第2の流体溜の容量が前記第1の流体溜の容量よりも大きくなるように構成され、さらには前記第1の流体溜と前記第2の流体溜との高低差又は容量差を用いて、前記第1の流体を前記第1の流体供給流路から絞られた状態で前記主流路に供給するように構成されていることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1に記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記第1の流体供給流路は、前記主流路の断面積よりも小さい断面積を有することを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1又は2に記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記主流路に供給される前記第2の流体の流量は、前記主流路に供給される前記第1の流体の流量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記第2の流体供給流路は、前記第1の流体供給流路の両側面側から前記主流路に連通する2本の流体供給流路であることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項4に記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記流体回路は、前記主流路の前記第2の流体供給流路と連通する側面とは異なる側面から前記主流路に連通し、前記主流路に前記第2の流体をさらに供給するための2本の第3の流体供給流路をさらに含むことを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記主流路の下流側端部には、流体の排出口、流体のリザーバ又は流体の吸引手段が設けられていることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記流体回路には、前記第2の流体が予め充填されていることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記第1の流体供給流路の幅及び深さはともに200μm以下であることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1に記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記マイクロ流体素子は、基板と、この基板の上方に形成され前記流体回路を含む流体回路形成層と、この流体回路形成層の上方に形成された被覆層とを有することを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1に記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記マイクロ流体素子は、表面に前記流体回路を含む基板と、この基板の上方に形成された被覆層とを有することを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置において、
前記第2の流体供給流路は、前記第1の流体供給流路の周囲から前記主流路に連通する流体供給流路であることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析装置。 - 請求項1〜11のいずれかに記載のマイクロ流体素子を用いた分析装置を用いて、前記主流路を流れる前記第1の流体中に含まれる所定の粒子の数又はパラメータを測定することを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析方法。
- 請求項12に記載のマイクロ流体素子を用いた分析方法において、
前記第1の流体として、血液、血液を含む液体又は細胞を含む液体を用いることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析方法。 - 請求項13に記載のマイクロ流体素子を用いた分析方法において、
前記第2の流体として、生理食塩水又は緩衝溶液を用いることを特徴とするマイクロ流体素子を用いた分析方法。
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